【摘 要】
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随着航空航天以及深海探测领域的蓬勃发展,在空间站座舱,潜水艇座舱等载人密闭空间内,开发捕集低浓度CO2的新兴技术对于维护机舱人员的健康安全至关重要。离子液体作为一种绿色材料,在CO2捕集分离方面具有良好的性能。因此,尝试将基于离子液体的吸附技术应用到低浓度CO2捕集体系,但目前对于其微观机理的相关研究尚不深入。本文利用分子动力学方法,计算分析了离子液体与CO2的微观作用机理,并对离子液体聚酰亚胺混
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随着航空航天以及深海探测领域的蓬勃发展,在空间站座舱,潜水艇座舱等载人密闭空间内,开发捕集低浓度CO2的新兴技术对于维护机舱人员的健康安全至关重要。离子液体作为一种绿色材料,在CO2捕集分离方面具有良好的性能。因此,尝试将基于离子液体的吸附技术应用到低浓度CO2捕集体系,但目前对于其微观机理的相关研究尚不深入。本文利用分子动力学方法,计算分析了离子液体与CO2的微观作用机理,并对离子液体聚酰亚胺混合膜模型进行优化。本文以易合成可生物降解的氨基酸离子液体作为研究材料,证明了该材料在载人密闭空间（如航天器,潜水艇和其他载人密闭空间）中具有很大的CO2捕集潜力。并利用分子动力学模拟计算研究了12种氨基酸离子液体([P4444][X]和[P66614][X],[X]=[Gly]-,[Im]-,[Pro]-,[Suc]-,[Lys]-,[Asp]2-)的动力学行为以及氨基酸离子液体与CO2相互作用的内部机理。通过对结构和相互作用（包括范德华力和静电相互作用）的分析,发现离子液体的阴离子主导着CO2与氨基酸离子液体之间的相互作用。同时,氨基酸离子液体对CO2捕集能力按照以下的阴离子顺序逐渐升高:[Asp]2-<[Suc]-<[Lys]-<[Pro]-<[Im]-<[Gly]-,并通过DFT计算证明了阴离子中氨基和羧基多位点对CO2的协同吸收作用。结果表明,氨基酸离子液体的阴离子可能是调节CO2吸收能力的有效因素。基于上述的计算结果,本文选取了2种具有优异CO2吸附性能的离子液体,与高性能聚合物聚酰亚胺（PI）混合,并建立了PI-离子液体混合膜模型,进一步探索了PI-离子液体混合膜对CO2/N2（CO2/CH4）二元气体的分离性能,通过改变离子液体的浓度,验证了离子液体对气体选择性能,混合膜孔道筛分性能的影响。并通过密度,玻璃化转变温度的模拟结果与实验结果相互对比,验证了模型的合理性。计算了径向分布函数、相互作用能、数密度、自扩散系数等性质对复合膜分离机制的微观机理以及分离性能进行分析,进一步阐明离子液体对混合膜孔道筛分效应的影响。
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